RU2467471C1 - Избирательный усилитель - Google Patents
Избирательный усилитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2467471C1 RU2467471C1 RU2011142126/08A RU2011142126A RU2467471C1 RU 2467471 C1 RU2467471 C1 RU 2467471C1 RU 2011142126/08 A RU2011142126/08 A RU 2011142126/08A RU 2011142126 A RU2011142126 A RU 2011142126A RU 2467471 C1 RU2467471 C1 RU 2467471C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- frequency
- current
- input
- input transistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Избирательный усилитель, содержащий первый входной транзистор, база которого связана с первым источником сигнала, а эмиттер через первый токостабилизирующий двухполюсник связан с первой шиной источника питания, второй входной транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной источника питания через второй токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор подключен ко второй шине источника питания, первый частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства и второй шиной источника питания, первый корректирующий конденсатор, включенный между эмиттерами первого и второго входных транзисторов, причем в схему введено токовое зеркало, базовый вход которого подключен к коллектору первого входного транзистора, общий эмиттерный выход соединен с выходом устройства, токовый выход подключен к цепи смещения потенциалов, выход устройства связан с базой второго входного транзистора, причем параллельно первому частотно-задающему резистору включен по переменному току второй корректирующий конденсатор. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п.
В задачах выделения высокочастотных и СВЧ-сигналов сегодня широко используются интегральные операционные усилители со специальными элементами RC-коррекции, формирующими амплитудно-частотную характеристику резонансного типа [1, 2]. Однако классическое построение таких избирательных усилителей (ИУ) (RC-фильтров) сопровождается значительными энергетическими потерями, которые идут в основном на обеспечение статического режима достаточно большого числа транзисторов, образующих операционный усилитель СВЧ-диапазона [1, 2]. В этой связи достаточно актуальной является задача построения СВЧ-избирательных усилителей на двух-трех транзисторах, обеспечивающих выделение узкого спектра сигналов с достаточно высокой добротностью резонансной характеристики Q=2÷10 и f0=1÷5 ГГц.
Известны схемы усилителей, интегрированных в архитектуру RC-фильтров (ИУ) на основе двух транзисторов, которые обеспечивают формирование амплитудно-частотной характеристики коэффициента усиления по напряжению в заданном диапазоне частот Δf=fв-fн [3-28]. Причем их верхняя граничная частота fв иногда формируется инерционностью транзисторов схемы (емкостью на подложку), а нижняя fн определяется корректирующим конденсатором.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является избирательный усилитель, представленный в патенте US 4267518 fig.6. Он содержит первый 1 входной транзистор, база которого связана с первым источником сигнала 2, а эмиттер через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, второй 5 входной транзистор, эмиттер которого соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 6 токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор подключен ко второй 7 шине источника питания, первый 8 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 9 и второй 7 шиной источника питания, первый 10 корректирующий конденсатор, включенный между эмиттерами первого 1 и второго 5 входных транзисторов.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он не обеспечивает высокую добротность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и коэффициент усиления по напряжению К0>1 на частоте квазирезонанса (f0).
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f0. Это позволяет в ряде случаев уменьшить общее энергопотребление и реализовать высококачественное избирательное устройство СВЧ-диапазона с f0=1÷5 ГГц.
Поставленная задача решается тем, что в избирательном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, база которого связана с первым источником сигнала 2, а эмиттер через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, второй 5 входной транзистор, эмиттер которого соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 6 токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор подключен ко второй 7 шине источника питания, первый 8 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 9 и второй 7 шиной источника питания, первый 10 корректирующий конденсатор, включенный между эмиттерами первого 1 и второго 5 входных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введено токовое зеркало 11, базовый вход которого подключен к коллектору первого 1 входного транзистора, общий эмиттерный выход соединен с выходом 9 устройства, токовый выход подключен к цепи смещения потенциалов 12, выход 9 устройства связан с базой второго 5 входного транзистора, причем параллельно первому 8 частотно-задающему резистору включен по переменному току второй 13 корректирующий конденсатор.
Схема усилителя-прототипа показана на фиг.1.
На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.
На фиг.3 показана схема ИУ в соответствии с п.2 и п.4 формулы изобретения.
На фиг.4 показана схема ИУ в соответствии с п.3 формулы изобретения.
На фиг.5 приведена схема ИУ по п.4 формулы изобретения, в которой между выходом 9 устройства и базой транзистора 5 включен согласующий буферный усилитель 17, а токовое зеркало 11 реализовано на транзисторе 21 и p-n переходе 20.
На фиг.6 приведена схема ИУ фиг.3, фиг.4, в которой токовое зеркало 11 реализовано на элементах 25, 26, 27, а согласующий буферный усилитель 17 содержит элементы 22, 23, 24.
На фиг.7 показана схема ИУ в среде Cadence на моделях SiGe транзисторов.
На фиг.8 представлена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления по напряжению ИУ фиг.7 в крупном масштабе, а на фиг.9 - логарифмические амплитудно- и фазочастотные характеристики ИУ фиг.7 в более мелком масштабе.
Избирательный усилитель фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, база которого связана с первым источником сигнала 2, а эмиттер через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник связан с первой 4 шиной источника питания, второй 5 входной транзистор, эмиттер которого соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 6 токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор подключен ко второй 7 шине источника питания, первый 8 частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства 9 и второй 7 шиной источника питания, первый 10 корректирующий конденсатор, включенный между эмиттерами первого 1 и второго 5 входных транзисторов. В схему введено токовое зеркало 11, базовый вход которого подключен к коллектору первого 1 входного транзистора, общий эмиттерный выход соединен с выходом 9 устройства, токовый выход подключен к цепи смещения потенциалов 12, выход 9 устройства связан с базой второго 5 входного транзистора, причем параллельно первому 8 частотно-задающему резистору включен по переменному току второй 13 корректирующий конденсатор.
На фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, последовательно с первым 10 корректирующим конденсатором включен второй 14 частотно-задающий резистор.
Кроме этого, на фиг.3, в соответствии с п.4 формулы изобретения, выход 9 устройства связан с базой второго 5 входного транзистора через согласующий буферный усилитель 17.
На фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, общий узел первого 10 корректирующего конденсатора и второго 14 частотно-задающего резистора связан со вторым входом 15 устройства через третий 16 корректирующий конденсатор.
На фиг.5 представлена схема ИУ фиг.3, в которой показано конкретное выполнение токового зеркала 11 и согласующего буферного усилителя 17.
На фиг.6 представлена схема ИУ фиг.3, в которой показан другой вариант конкретного выполнения токового зеркала 11 и согласующего буферного усилителя 17.
На фиг.7 приведена схема ОУ фиг.2 в среде Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.
На фиг.8 приведена амплитудно-частотная и характеристика ИУ фиг.7 в укрупненном масштабе.
На фиг.9 приведена амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики ИУ фиг.7 в более мелком масштабе.
В качестве токового зеркала 11 могут применяться классические схемы, широко представленные в технической литературе (например, фиг.5).
Рассмотрим работу ИУ фиг.2.
Источник переменного входного сигнала Uвх(2) изменяет коллекторный и эмиттерный токи первого 1 входного транзистора. Комплексный характер проводимости его эмиттерной цепи, образованной первым 10 корректирующим конденсатором и сопротивлениями эмиттерных переходов первого 1 и второго 5 входных транзисторов (rэ1≈h11.1, rэ5≈h11.5) обеспечивает передачу этого сигнала через эмиттер первого 1 входного транзистора и токовое зеркало 11 в выходную 9 цепь устройства, которая реализована на базе второго 13 корректирующего конденсатора и первого 8 частотно-задающего резистора. Комплексность полного сопротивления этой цепи (С13, R8) и характер изменения тока коллектора транзистора 1 обеспечивают резонансный вид амплитудно-частотной характеристики ИУ. Вводимый в ИУ контур обратной связи, образованный подключением базы второго 5 входного транзистора к выходу устройства 9, имеет реактивный характер в области низких частот (ƒ<<ƒ0) благодаря комплексной проводимости эмиттерных цепей второго 5 и первого 1 входных транзисторов. Указанная особенность сохраняет неизменной частоту квазирезонанса ИУ (ƒ0) при любой глубине этой обратной связи и позволяет увеличить добротность Q ИУ и его коэффициент усиления по напряжению К0 при заданном значении полного сопротивления в выходной цепи устройства (конденсатор С 13 и сопротивление резистора R8).
Покажем аналитически, что более высокие значения К0 и Q в диапазоне высоких частот реализуются в схеме фиг.2.
В результате анализа схемы фиг.2 можно показать, что комплексный коэффициент передачи по напряжению ИУ фиг.2 определяется по формуле:
τ1=C10(h11.1+h11.5);
τ2=C13R8,
h21.i=αi, h11.i - малосигнальные h-параметры i-го транзистора в схеме с общей базой; Кi13≈2 - коэффициент передачи по току токового зеркала 11 от базового входа к общему эмиттерному выходу. Под базовым входом понимается вход токового зеркала (например, узел соединения базы транзистора 21 и перехода 20 (фиг.5), а под общим эмиттерным выходом - неинвертирующий выход токового зеркала (например, эмиттерный узел этих же компонентов на фиг.5).
Таким образом, из (1)-(4) следует, что в предлагаемом ИУ может быть реализована заданная добротность Q независимо от выбранной частоты квазирезонанса ƒ0.
Аналогично можно показать, что коэффициент усиления по напряжению (К0), ƒ0 и добротность (Q) модифицированной схемы избирательного усилителя фиг.3 (при коэффициенте усиления по напряжению буферного усилителя 17 Кy17=1) определяются по формулам:
τ1=C10(R14+h11.1+h11.5);
τ2=C13R8,
Если выбрать R14>>h11.1≈h11.5 и τ1=τ2, то добротность заявляемого ИУ и коэффициент К0 устройства фиг.3 будут определяться формулами:
Выбирая при R8=R14 те или иные значения коэффициента передачи токового зеркала 11 (Ki13=1,8-1,999), которые (для схемы токового зеркала, показанной на фиг.5) зависят от отношения площадей эмиттерных переходов транзисторов 20 и 21, можно получить практически любые заданные значения добротности Q и коэффициента усиления K0 на частоте квазирезонанса.
Данные теоретические выводы подтверждают графики фиг.8, фиг.9, полученные в результате моделирования схемы фиг.7 (фиг.2).
Введение частотно-задающего резистора 14 (п.2 формулы изобретения) позволяет ослабить влияние статического режима транзисторов схемы и его нестабильности на основные параметры ИУ: Q, K0, ƒ0.
Введение согласующего буферного усилителя 17 решает задачу согласования статических потенциалов в схеме заявляемого устройства и оптимизации динамического диапазона ИУ.
При реализации ИУ по схеме фиг.4 (п.3 формулы изобретения) создаются условия для более грубого подавления сигнала в области частот ƒ<<ƒ0.
В этом случае
τ1=(R14+h11.1+h11.5)(C10+C16),
τ2=R8C13,
Так, при выполнении ранее оговоренных условий и с учетом реализации в токовом зеркале Кi13>2 добротность схемы (фиг.4) определяется из формулы (8) при
В схеме фиг.6, в котором токовое зеркало реализовано на транзисторах 25, 26, 27, обеспечивается симметрирование статического режима входных транзисторов 1 и 5 по напряжению коллектор-база, что улучшает динамические параметры ИУ.
Таким образом, заявляемое схемотехническое решение характеризуется более высокими значениями коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса ƒ0 и повышенными величинами добротности Q, характеризующей его избирательные свойства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Design of Bipolar Differential OpAmps with Unity Gain Bandwidth up to 23 GHz \ N. Prokopenko, A. Budyakov, K. Schmalz, C. Scheytt, P. Ostrovskyy \\ Proceeding of the 4-th European Conference on Circuits and Systems for Communications - ECCSC'08 /- Politehnica University, Bucharest, Romania: July 10-11, 2008. - pp.50-53.
2. СВЧ СФ-блоки систем связи на базе полностью дифференциальных операционных усилителей \ Прокопенко Н.Н., Будяков А.С., К. Schmalz, С.Scheytt \\ Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем - 2010. Сборник трудов / под общ. ред. академика РАН А.Л.Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2010. - С.583-586.
3. Патент WO/2006/077525.
4. Патент US 4267518, fig.6.
5. Патент RU 2101850 fig.1.
6. Патент WO/2007/022705.
7. Патентная заявка US 2006/0186951 fig.3.
8. Патентная заявка US 2007/0040604 fig.3.
9. Патент WO/03052925 A1 fig.3.
10. Патент 6011431 fig.4.
11. Патент US 5331478 fig.3.
12. Патент US 4885548 fig.9.
13. Патент US 4974916 fig.1.
14. Патентная заявка US 2008/0122530 fig.4.
15. Патент US 5298802.
16. Патент US 2009/0261899 fig.3.
17. Патент СН 101204009.
18. Патент ЕР 1844547.
19. Патент UА 17276.
20. Патент US 2009/0289714 fig.4.
21. Патент US 7202762.
22. Патент US 6188272.
23. Патент US 5847605.
24. Патент US 7116961.
25. Патентная заявка US 2011/0109388 fig.2.
26. Патентная заявка US 2006/0186951 fig.2.
27. Патент US 5012201 fig.2.
28. Патентная заявка US 2010/0201437 fig.2.
Claims (4)
1. Избирательный усилитель, содержащий первый (1) входной транзистор, база которого связана с первым источником сигнала (2), а эмиттер через первый (3) токостабилизирующий двухполюсник связан с первой (4) шиной источника питания, второй (5) входной транзистор, эмиттер которого соединен с первой (4) шиной источника питания через второй (6) токостабилизирующий двухполюсник, а коллектор подключен ко второй (7) шине источника питания, первый (8) частотно-задающий резистор, включенный между выходом устройства (9) и второй (7) шиной источника питания, первый (10) корректирующий конденсатор, включенный между эмиттерами первого (1) и второго (5) входных транзисторов, отличающийся тем, что в схему введено токовое зеркало (11), базовый вход которого подключен к коллектору первого (1) входного транзистора, общий эмиттерный выход соединен с выходом (9) устройства, токовый выход подключен к цепи смещения потенциалов (12), выход (9) устройства связан с базой второго (5) входного транзистора, причем параллельно первому (8) частотно-задающему резистору включен по переменному току второй (13) корректирующий конденсатор.
2. Избирательный усилитель по п.1, отличающийся тем, что последовательно с первым (10) корректирующим конденсатором включен второй (14) частотно-задающий резистор.
3. Избирательный усилитель по п.2, отличающийся тем, что общий узел первого (10) корректирующего конденсатора и второго (14) частотно-задающего резистора связан со вторым входом (15) устройства через третий (16) корректирующий конденсатор.
4. Избирательный усилитель по п.1, отличающийся тем, что выход (9) устройства связан с базой второго (5) входного транзистора через согласующий буферный усилитель (17).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142126/08A RU2467471C1 (ru) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Избирательный усилитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142126/08A RU2467471C1 (ru) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Избирательный усилитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2467471C1 true RU2467471C1 (ru) | 2012-11-20 |
Family
ID=47323406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011142126/08A RU2467471C1 (ru) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Избирательный усилитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2467471C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670777C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2018-10-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Биполярно-полевой буферный усилитель для работы при низких температурах |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4267518A (en) * | 1979-09-13 | 1981-05-12 | Sperry Corporation | Gain controllable amplifier stage |
US5923216A (en) * | 1995-01-27 | 1999-07-13 | Seagate Technology, Inc. | Frequency selective amplifier circuit |
US7218082B2 (en) * | 2005-01-21 | 2007-05-15 | Linear Technology Corporation | Compensation technique providing stability over broad range of output capacitor values |
RU2388137C1 (ru) * | 2008-08-26 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель с управляемым усилением |
RU2416146C1 (ru) * | 2009-10-21 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления |
-
2011
- 2011-10-18 RU RU2011142126/08A patent/RU2467471C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4267518A (en) * | 1979-09-13 | 1981-05-12 | Sperry Corporation | Gain controllable amplifier stage |
US5923216A (en) * | 1995-01-27 | 1999-07-13 | Seagate Technology, Inc. | Frequency selective amplifier circuit |
US7218082B2 (en) * | 2005-01-21 | 2007-05-15 | Linear Technology Corporation | Compensation technique providing stability over broad range of output capacitor values |
RU2388137C1 (ru) * | 2008-08-26 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" | Комплементарный каскодный дифференциальный усилитель с управляемым усилением |
RU2416146C1 (ru) * | 2009-10-21 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670777C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2018-10-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Биполярно-полевой буферный усилитель для работы при низких температурах |
RU2670777C9 (ru) * | 2018-03-12 | 2018-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Биполярно-полевой буферный усилитель для работы при низких температурах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2467470C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479112C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2467471C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469466C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488955C1 (ru) | Избирательный усилитель на основе неинвертирующего усилителя тока | |
RU2467469C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479108C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468506C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480895C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2480896C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2461955C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479116C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2468505C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2469462C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479106C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475943C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2488953C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479115C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475944C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475948C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2479107C1 (ru) | Избирательный усилитель с парафазным выходом | |
RU2469464C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2475945C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2507675C1 (ru) | Избирательный усилитель | |
RU2463702C1 (ru) | Избирательный усилитель |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131019 |